利用卫星云图作台风预报的一些经验

一、前言两年来,我们在台风预报中着重使用了卫星云图,初步积累了一些经验。本文所介绍的南海台风和西太平洋台风预报经验,是根据卫星云图资料作出的,它的目的是想直接在卫星云图上,从云系结构和云系分布的外形特点入手,找出作台风动向、发生和发展的预报指标。     

用静止气象卫星云图对西太平洋副热带高压进退的个例研究

本文利用静止气象卫星GMS-5的红外卫星云图的云系特征结合天气形势分析了1997年7月副高的一次进退过程,并以9711号台风的红外云图对副高进退过程进行分析,结果表明,副高西侧积雨云、西北侧云系边缘的反气旋性云系、副高内部一些小的积云块以及台风对副高的南北进退具有指示意义,通过对云系影响副高进退的成因的详细分析,提出利用卫星云图云系特征对副高进退进行预报的方法,为气象卫星资料应用于副高进退预报的研究提供新的依据。     

大气能量结构和台风暴雨

本文主要研究大气能量场结构演变、数字化卫星云图相对亮度和云系特征与台风暴雨的关系,结论如下: 台风暴雨区的大气能量初始场为上层高能,下层低能,关键在于以后上下层能量是否能同时各自向相反方向转变及最后在铅直方向上将上下层高能区打通成能量通道.在数字化卫星云图上相对亮度大值区与台风暴雨区有很好的对应关系。将大气能量演变与数字化卫星云图配合起来预报台风暴雨,效果较好。     

台风路径及闽南台风天气预报业务系统

该文应用ＨＵＲＲＡＮ相似台风路径预报方法，引进５００ｈＰａ天气形势，提高了台风咱径预报能力；应用天气学方法、物理量诊断和预报员的丰富实践经验，以及卫星云图上的台风云系特征，研制台风影响下的闽南台风天气（大风、暴雨）预报专家系统，得出定量、客观的预报结论。该系统运行所需的资料易于获取，从采集资料到输出预报结果，１０分钟便可完成，大大缩短了制作台风预报的时间。     

黑龙江省台风暴雨的卫星云图特征

在对台风影响黑龙江省造成大－暴雨的８次过程的卫星云图分析的基础上，归纳出两种类型；一类是台风云系与冷锋云系相结合产生的大一暴雨，一类是台风直接登陆产生的暴雨。     

登陆北上台风暴雨突发性增强的一种机制研究

采用一个三维混合模式对1992年8月30日至9月2日一次登陆北上台风暴雨过程进行了模拟。模式可以较准确地预报出与地面倒槽相一致的地面降水位置及降水量值。模拟的台风云系结构与卫星云图比较表明,外围云场与实例云况吻合很好,验证了本模式模拟卫星云图的能力,对卫星云图预报有实际意义;暴雨突然增幅的直接原因是高层冰云与低层供水云的突然北移重叠造成的。受地面倒槽附近强烈辐合抬升的动力作用,各相态云系的分布与垂直运动紧密相关;辐合线右侧的东南低空急流为降水的增幅及维持提供水汽来源;云的相变潜热非绝热加热作用对暴雨的增幅及维持具有正反馈作用,它对暴雨维持具有积极贡献。     

0509号台风暴雨过程分析与暴雨灾害评估

针对2005年8月8～10日辽宁区域性台风暴雨过程,以常规气象资料、自动站资料及卫星云图资料为基础进行分析。结果表明:暴雨是台风、副热带高压与西风槽相互作用的结果,较好的水汽条件是产生台风暴雨的重要条件之一,低空急流是水汽输送的通道,也是台风暴雨的明显特征之一;结合单站气压连续变化以及云系变化判断“麦莎”登陆时间地点;应用基于概率分析的暴雨事件快速评估模型对暴雨灾害进行评估,评估表明暴雨过程为三级暴雨灾害,属中度级别。     

春季影响广西降水的南支槽卫星云图特征

本文通过对1980—1989年3—5月中的73次南支槽影响过程的卫星云图资料的分析,得出五种类型南支槽云系结构特征,这为应用卫星云图资料预报广西暴雨提供参考依据。     

广西暴雨卫星云图与热带流场变化综合预报方法

利用卫星云图资料结合热带风场的变化,采用分级客观定量的计算方法,得到影响关键区内的云系像素值大小和云顶亮温。同时,结合该关键区内热带风场的变化,对云系是否影响广西进行预测,判断其对暴雨范围、强度、持续时间的影响程度,从而作出暴雨过程的预报。经过对1996~2002年4~9月169例暴雨个例的资料统计分析表明:在广西大范围暴雨过程中80%的云系叠加在西南风急流之上。云顶亮温在-70℃以下的云系像素值达到500时,就有大范围暴雨天气过程的可能。此结果应用到日常预报业务中,对提高暴雨预报准确率有较大帮助。     

9216 号台风登陆后的云系结构变化

利用GMS卫星云图资料和物理量诊断场资料，分析了9216号台风的云系结构及其在登陆后发生的变化。研究结果表明，9216号台风云系结构的变化反映了台风和高、低空环境流场之间的关系。分析表明，由9216号台风造成我国沿海罕见的风暴潮及大范围暴雨，与强大的高空急流入口区右侧的辐散气流及其东侧的强低空急流有密切的关系。     

台风集合预报研究进展

台风数值预报是防台减灾的关键,而集合预报是体现和减少数值预报不确定性的常用方法。本文对近年来台风集合预报方法的研究进展进行了梳理和总结,涉及初值集合扰动、模式扰动技术以及基于统计的台风集合预报后处理技术。对全球几个主要集合预报系统的发展及我国的区域台风集合预报系统做了回顾。最后,在回顾的基础上,讨论和提出了关于台风集合预报仍存在的问题及未来可能的研究方向。     

台风与冷空气对“13.10”上海特大暴雨过程的影响分析

2013年10月7—8日上海地区发生特大暴雨过程。利用常规天气资料、FY-2E卫星云图、风廓线雷达资料、NCEP再分析资料以及国内所使用的主要业务模式预报资料,分析台风与冷空气对其发生发展的影响。结果表明,登陆减弱的1323号台风＂菲特＂低压环流与1324号台风＂丹娜丝＂北侧外围强东风急流为该过程强降水区提供了充足的水汽和能量;北方扩散南下冷空气、台风低压环流、＂丹娜丝＂北侧外围强东风急流三者的结合使切变辐合抬升得到加强;分析风廓线雷达资料发现,低层切变线在上海长时间维持是该地产生特大暴雨的主要原因;长时间维持的切变线反映在卫星云图上,为先后5个β中尺度对流云团生成、合并,并造成持续强降水。各业务模式预报结果检验表明,因其不能精确描述各台风的位置、强度和结构,对降水落区、强度以及最强降水时段预报均存在较大误差。对于模式预报误差,要重视实时资料的应用,尤其是组网风廓线雷达资料可作为大暴雨短时预警的重要参考依据。     

常州市灾害性天气查询系统

为帮助预报员全面学习和系统掌握常州地区灾害性天气变化规律,进一步提高对灾害性天气的预报能力,将常州地区1974-2007年发生的暴雨、寒潮、台风等5种常见灾害性天气所对应的高低空形势、地面形势、台风路径、卫星云图、多普勒雷达回波以及实况、灾情等资料进行汇总和整编,建立了基于Web网页形式、多功能灾害性天气电子档案查询系统。该系统实现了灾害天气资料查询的自动化,填补了常州地区无完整灾害性天气档案的空白。该系统针对性强,界面美观、易于操作、查询快捷,具有较强的实用性。     

台风大风预报研究回顾

大风是台风引发的三大灾害之一,考虑到现有的台风大风研究相对较少、预报经验也比较不足,因此对其预报方法进行回顾总结具有十分重要的意义。从经验预报、统计预报、数值模式预报及数值预报产品释用等4个方向梳理了台风大风预报技术的研究与应用现状:天气图、卫星云图和雷达图是经验预报中非常重要的工具;统计预报根据方法的不同可细分为回归预报、客观相似预报和气候持续性预报;数值模式预报方面,国内外多家机构都研发了相应的台风大风预报产品;数值预报产品的释用目前则包含了动力释用、统计释用和人工智能释用。同时总结了上述4类预报方法各自的优势和不足。最后,讨论了未来研究与实际业务中进一步提高台风大风预报能力的可能发展方向。     

极端天气预报指数和集合异常预报法在浙江台风和梅雨暴雨预报中的应用北大核心

利用2016—2021年ECMWF集合预报,评估了极端天气指数EFI(Extreme Forecast Index)、尾偏移指数SOT(“Shift of Tail”index)以及集合异常预报法在浙江台风和梅雨暴雨预报中的应用效果。通过研究极端天气预报指数对浙江台风和梅雨暴雨的最优预报阈值,发现梅雨暴雨阈值比台风暴雨明显偏小,且随预报时效增加减小速度偏慢。最优阈值预报相比确定性模式预报,在台风和梅雨暴雨预报检验中体现出更好的稳定性、提前性和准确性。进一步研究发现,通过区分天气类型确定的最优预报阈值,可作为台风和梅雨暴雨落区预报的参考依据。925 hPa水汽通量散度的集合异常度对浙江台风暴雨的落区和强度变化有较好的预报效果,850 hPa涡度和700 hPa垂直速度的集合异常度可以反映稳定性梅雨暴雨的过程演变。     

GRAPES区域集合预报系统对登陆台风预报的检验评估

针对2015年7—9月登陆中国大陆沿海的台风,利用GRAPES-REPS区域集合预报资料和集合统计诊断分析方法,对登陆台风的移动路径、时间、地点、强度和降水等进行检验评估,以期为预报员应用GRAPES登陆台风概率预报提供依据。检验结果表明,(1)集合平均移动路径要优于控制预报,集合预报各成员登陆地点存在20~340 km差异,但实况登陆地点均能落在集合成员登陆地点中。(2)对24 h和48 h登陆地点误差而言,集合平均较控制预报更接近实况。(3)随着预报时间的趋近,集合平均、控制预报和集合成员登陆地点距离误差逐渐缩小,登陆地点空间位置预报也没有明显的系统性误差。(4)集合成员对台风登陆时间预报偏早,平均提前2.3 h。(5)在强度预报中,尽管最低气压和近中心最大风速存在登陆前偏弱而登陆后偏强的趋势,但登陆点预报值区间包含了实况观测值,表明GRAPES-REPS集合预报能够较好展示多种可能信息。(6)不同量级降水AROC评分为0.56~0.76,具有预报参考价值;另外AROC评分的高低及台风暴雨落区的准确性与台风登陆点和登陆时间误差密切相关。可见,GRAPES-REPS区域集合预报可以在台风登陆地点、时间、强度和降水预报等方面提供更多的预报不确定性信息,有助于做出正确的预报决策。      

面向台风暴雨的集合预报成员优选订正技术研究及应用试验

本文以2013—2015年主要登陆台风暴雨过程为研究对象,利用ECMWF降水和台风路径集合预报以及中央气象台实时业务台风中心定位资料,在统计分析的基础上,提出一种业务上可用的针对单模式集合预报的台风降水实时订正技术(简称集合成员优选技术)。结果表明,在登陆台风暴雨过程预报中,集合成员优选技术对改进集合统计量降水产品有明显的帮助,并较ECMWF确定性预报产品有一定优势;该方法对改进短期时效预报产品的效果优于中期时效预报,对大暴雨评分的改进高于暴雨和大雨评分。另外,本文基于概率匹配平均(Probability Matching average,PM)和融合(FUSE)产品的计算原理,提出融合匹配平均(Fuse Matching average,FM)产品,结果表明,对36 h时效预报,优选10~15个成员的PM产品TS(Threat Scores)评分可达最优,大暴雨评分较确定性预报提高近10%;对60和84 h时效预报,FM产品大暴雨评分较确定性预报提高超过20%。     

热带气旋奇异向量在GRAPES全球集合预报中的初步应用

基于副热带奇异向量的初值扰动方法已应用于GRAPES （Global and Regional Assimilation PrEdiction System）全球集合预报系统,但存在热带气旋预报路径离散度不足的问题。通过分析发现,热带气旋附近区域初值扰动结构不合理导致预报集合不能较好地估计热带气旋预报的不确定性,是路径集合离散度不足的可能原因之一。通过建立热带气旋奇异向量求解方案,将热带气旋奇异向量和副热带奇异向量共同线性组合生成初值扰动,以弥补热带气旋区域初值扰动结构不合理这一缺陷,进而改进热带气旋集合预报效果。利用GRAPES全球奇异向量计算方案,以台风中心10个经纬度区域为目标区构建热带气旋奇异向量求解方案,针对台风“榕树”个例进行集合预报试验,并开展批量试验,利用中国中央气象台最优台风路径和中国国家气象信息中心的降水观测资料进行检验,对比分析热带气旋奇异向量结构特征和初值扰动特征,评估热带气旋奇异向量对热带气旋路径集合预报和中国区域24 h累计降水概率预报技巧的影响。结果表明,热带气旋奇异向量具有局地化特征,使用热带气旋奇异向量之后,热带气旋路径离散度增加,路径集合平均预报误差和离散度的关系得到改善,路径集合平均预报误差有所减小,集合成员更好地描述了热带气旋路径的预报不确定性;中国台风降水的小雨、中雨、大雨、暴雨各量级24 h累计降水概率预报技巧均有一定提高。总之,当在初值扰动的生成中考虑热带气旋奇异向量后,可改进热带气旋初值扰动结果,并有助于改善热带气旋路径集合预报效果。      

闪电定位仪在人影作业中的应用研究

利用闪电定位仪系统所提供的多站综合定位资料和单站定位实况资料,结合9210系统所提供的卫星云图、雷达回波图以及T 213和日本的数值预报等资料,在做出24h降水预报的基础上,用闪电数据、云图等资料可制作未来3h降水预报。根据3h预报对作业点的作业条件进行指示,从而可为人影作业服务。经过试用验证表明,研究结果对人影作业有较好的指示意义。